F-22的發展始於1981年,1988年原型機投入生產,1994年正式量產,進度其實是比較快的。

鐵爪鋼喙:F-22“猛禽”研製發展始末

起源

在洛克希德馬丁工程大樓裡,一個不起眼的儲物箱裡藏了各種各樣的設計研究模型,這些模型可以追溯到先進戰術戰鬥機(ATF)的早期階段。這些模型最終發展成為了今天的F-22猛禽戰機。

美國航空系統部(ASD)在1981年提出了先進打擊戰機計劃:Advanced Tactical Fighter (ATF),主要是用於替換現役的F-15戰機。其實最開始ASD是在1972年就提出了ATF計劃,並意圖交給通用和麥道公司來開發這款戰機,最初的設計指標是可以在中高空以2.5馬赫飛行,並使用防區外打擊武器攻擊敵方的坦克集群。但這種飛機並未實現,反而是一開始被設計成空優戰機的F-16,走了後門,改裝具備了對地能力,填補了這一空白。因此下一代的ATF計劃,一等就是10年。

在1981年的ATF計劃中,共有2個組合參與了競標,分別是洛克希德馬丁搭配波音的組合,以及諾斯羅普搭配麥克唐納道格拉斯的組合。這時候因為蘇聯的Su-27和Mig-29已經出現,對ATF的指標就更為苛刻了,要求使用輕質合金和複合材料減重,使用更先進的雷達航電,同時擁有更大推力的發動機以及更好的隱身能力。洛克希德馬丁在70年代預研隱身對地攻擊機的技術儲備終於派上了用場。

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洛克希德·馬丁 70年代開發的“超級衛星”隱身對地攻擊機

研製過程

在YF-22的研製中,洛克希德馬丁承擔了前機身,起落架,雷達航電集成,座艙,顯示器和控制以及所有和雷達隱身相關的設計工作。波音則承擔了機身尾部和機翼,消防系統,生命支持系統,輔助動力系統,制動裝置,雷達,紅外搜索和跟蹤系統,任務軟件,飛行航空電子實驗室,以及培訓系統研發設計。通用動力公司獲得了機身中部,主起落架,水平和垂直尾翼,飛行控制軟件,通信導航識別系統,電子戰系統,慣性參考系統,倉儲管理系統,紅外線部分低可探測設計。在原型機階段,洛馬研究了多種機身構型,以便在氣動性能和隱身方面獲得最優解;到1987年8月中旬,構型選擇已經縮小到5個,分別是595-7(基線有梯形機翼,四個尾翼和八個導彈); 612(六枚導彈); 613(梯形機翼和2個尾翼); 614(菱形機翼和4個尾翼);615(菱形機翼,2個尾翼和雙側進氣口)。到了8月底,菱形機翼+4尾翼的配置614構型勝出。

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YF-22最後勝出的構型就是614構型

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YF-22原型機的設計演變,洛馬做的功夫很足很到位,從這一點說,能中標完全憑實力

由於ATF僅僅是一個大框架,並沒有非常細化具體設計指標,在2個團隊設計過程,受到與美國空軍代表的定期聯繫以及更正式的美國空軍輿論的影響。比如美國空軍提出要求主彈倉內攜帶8枚導彈,但設計團隊認為這根本無法實現,頂住了這樣的壓力。再比如又提出了消除反推裝置的要求,因為他們認為在這上面花的成本和收益不成正比,等等。這樣的需求更改每年都會收到很多,給設計團隊帶來了很大壓力。

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不過優秀的設計師們還是排除千難萬阻,成功實現了設計。比如YF-22的進氣道設計,在空氣動力學,結構,低可觀測性和可生產性要求在很大程度上相互衝突。YF-22團隊大約三年的時間進行了大量的分析和風洞測試,然後才實現了完全可接受的入口設計。最後這個採用嘉萊特進氣道+大S彎管的設計非常的出色,在進氣效率和低雷達反射上找到了不錯的平衡。

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F-22傾斜隔板進氣道設計,兼具隱身功能

在YF-22的設計過程中,先進的計算機輔助設計工具是必不可少的。YF-22團隊使用的是ACAD和CATIA聯動的研發模式。ACAD是一款3D設計軟件,而CATIA則是法國達索公司開發的一款高保真的三維設計軟件,經CATIA輸出的數據可以直接送到機械加工設備上進行加工,十分方便(題外話:80年代成飛果斷引入了CATIA軟件和達索的戰鬥機研發流程)。YF-22設計人員將在ACAD上建立初始的戰機3D模型數據庫,以便快速迭代。然後,這些文件將被轉換為主CATIA數據庫,方便機械加工。

第一批YF-22的圖紙於1988年4月1日正式發佈,並用於原型機的生產,首批次2架。該團隊在74個飛行實驗中累計飛行了90多個小時,成功將YF-22飛行包線拓展到2馬赫以上,7g過載和60°的迎角,飛行試驗計劃也包括了AIM-9M響尾蛇和AIM-120 AMRAAM導彈的實彈射擊。普惠的YF-119發動機成功實現了不開啟加力的情況下維持超音速巡航。這僅僅用掉了3個月時間。高效率的飛行實驗成為了YF-22中標的一大原因之一。

中標

在這次競標中,洛馬和波音提出的YF-22方案與諾斯羅普和麥道提出的是YF-23方案展開直接競爭,一個使用普惠發動機YF-119,一個使用通用發動機YF-120。兩者擁有共同的一些特徵,如菱形機頭、內置彈艙、傾斜雙垂尾、超音速面積律修型的設計。但二者在技術上各自有所偏重,比如YF-22裝上了二元推力矢量噴管,機動性和狗鬥性能更強;而身形修長的YF-23沒有裝備推力矢量噴管,但YF-120推力更大;而且YF-23更重隱身和極速性能。

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YF-23和YF-22

在實際的測試對比中,YF-22使用更小的飛行小時數,完成了更多的實驗測試項目,且對結構重量的控制達到了軍方的要求;而YF-23的進度讓軍方很不滿意;比如YF-23沒有側彈倉,諾斯羅普聲稱YF-23量產後會增加一個彈倉,以實現和YF-22相比擬的載彈量,這顯然有種拿著半成品把人當猴耍的嫌疑;此外,在實驗過程中,YF-23存在機體結構問題導致紅外格鬥單射不出去的問題。再就是之前的一些項目中,軍方對洛克希德馬丁和諾斯羅普的項目執行能力的印象有著很大差別。洛克希德馬丁的F117研發進度和管理能力讓軍方相當滿意,而諾斯羅普在B-2項目上進度延後,預算超支的表現讓軍方很不滿。這些因素綜合下來, 最終軍方選擇了更讓他們省心的洛克希德馬丁,在1990年12月公佈的最終競標結果中,YF-22勝出。

正式定型

1991年,ASD正式宣佈了ATF計劃YF-22中標。最初的合同包括了9架單座原型機和2架雙座原型機,以及批量750架空軍正式服役的機型。從YF-22到F-22仍然還有一些改動,包括機翼後掠角從48°減小到42°,以及垂直尾翼的面積減少了20%。還有包括機翼後緣靠近翼尖的地方,又做了一個切角。此外機頭形狀也有細微差別。為了提高飛行員的能見度,駕駛艙蓋向前移動了18cm,發動機進氣道向後移動了36cm。而在更改過程中增加的重量,使F-22的航程比YF-22略有下降。

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F-22和YF-22對比

F-22從1994年開始正式量產,其零件和技術來自46個州的1,000多個分包商和供應商,創造了95,000個工作崗位,幾乎以2架/月的速度進行量產。美軍最初宣佈的訂貨是750架。然而在國會老爺們的銼刀下,訂單量被一砍再砍,最終這個數字定格在了。。。183架。這導致F-22的研發花費了324億美元,而採購和軍事建設(MILCON)僅花費349億美元。真不知道洛克希德馬丁要是早知道了訂單是這樣的話,還會不會投入這麼大精力去做這款夢幻戰機了。

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F-22也分為多個Block,這是美國戰機研發的慣例。正式用於作戰中隊的機型包括37架Block 20訓練機和149座Block 30/35作戰飛機。F-22裝備的是AN/APG-77 AESA雷達,而在原計劃中,是要在Block30上為AN/APG-77雷達進行升級,將其升級成帶有側視天線陣列的雷達,這樣可以提高態勢感知能力,不過由於種種原因,這一升級計劃最終擱淺,第一款側視雷達的戰機落到了俄羅斯的Su-57名頭上。

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